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基于扰动补偿的船舶横向运动LQG控制研究

基于扰动补偿的船舶横向运动LQG控制研究

作者：马云飞哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

由于受到海浪、海风及其他干扰的影响,船舶产生了六自由度的复杂运动,具有很强的随机性的非线性。这就导致船舶运动姿态进行控制具有一定难度,无论在理论上还是实际工程应用上都还需要进一步的探讨。本文采用减摇水舱和航向舵作为减摇装... 详细信息

由于受到海浪、海风及其他干扰的影响,船舶产生了六自由度的复杂运动,具有很强的随机性的非线性。这就导致船舶运动姿态进行控制具有一定难度,无论在理论上还是实际工程应用上都还需要进一步的探讨。本文采用减摇水舱和航向舵作为减摇装置,进行基于扰动补偿的LQG控制研究,主要进行了以下工作:1.了解船舶横向减摇控制研究现状,总结国内外的研究方法。2.基于切片原理建立横荡、横摇与艏摇相互耦合的船舶横向运动方程,详细讨论船舶在波浪中横向受力情况。利用卡尔曼滤波器对横向受海浪扰动力与力矩进行估计,以便于掌握船舶受力状况及可能产生的运动姿态。3.详细介绍可控被动式减摇水舱的减摇原理。它通过控制气阀的启闭,使水舱内水的横向流动周期与船的摇摆运动周期同步,且方向相反,从而达到了补偿船舶受扰力矩的目的。4.采用LQG最优控制方法对船舶横向运动进行多变量控制,得到相关的仿真结果。5.提出基于扰动补偿的LQG控制方法。它是一种采用减摇水舱和航向舵作为联合减摇装置的控制方法。首先,采用减摇水舱对船舶的受扰力矩进行补偿。然后,利用航向舵对补偿后船舶横向运动进行最优LQG控制。将补偿前后得到的仿真结果进行比较,结果表明补偿后的最优控制效果最佳。

关键词：船舶横向运动 LQG控制减摇水舱卡尔曼滤波器扰动补偿

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

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电力系统自动化 2019年第18期43卷 137-151页

作者：张学广伏思达付志超丁明进徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001 国电南京自动化股份有限公司江苏省南京市210036

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系... 详细信息

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

关键词：并网变换器弱电网并网稳定性阻抗模型扰动补偿

基于七阶EKF的永磁直线伺服系统变质量估计和扰动补偿

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电机与控制学报 2020年第1期24卷 79-85页

作者：赵希梅武文斌朱国昕沈阳工业大学电气工程学院

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动的影响,为保证系统按照期望轨迹运动,需要对这些扰动进行补偿,而且系统质量信息的准确性对扰动补偿能力有很大影响。针对这一问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)... 详细信息

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统易受摩擦力和推力波动等外部扰动的影响,为保证系统按照期望轨迹运动,需要对这些扰动进行补偿,而且系统质量信息的准确性对扰动补偿能力有很大影响。针对这一问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的变质量估计和扰动补偿方法。首先,建立与电机位置有关的扰动模型,作为扰动补偿器。然后,采用七阶EKF计算电机初始位置、估计质量的变化并反映到扰动补偿器中,同时通过自适应律整定扰动模型系数确保扰动模型与实际扰动保持同步,实现对系统的变质量估计和扰动补偿。实验结果证明了所提控制方案的有效性与可行性,明显提高了系统的位置跟踪性能和抗扰性能。

关键词：永磁直线同步电机扩展卡尔曼滤波器变质量估计初始位置扰动补偿跟踪性能

扰动补偿控制—减弱噪声对跟踪系统引起的误差

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噪声与振动控制 2004年第5期24卷 8-11页

作者：阮谢永陈子栋绍兴文理学院信息工程系浙江绍兴312000

来自于通讯或测试系统中的噪声和外界环境干扰,对控制系统可转化为一种随机起伏的电信号,噪声对于信息的传输和处理有很大影响。对噪声的来源及如何在控制系统中消除进行了分析,并引入扰动补偿后对控制系统进行仿真,结果表明:扰动补偿... 详细信息

来自于通讯或测试系统中的噪声和外界环境干扰,对控制系统可转化为一种随机起伏的电信号,噪声对于信息的传输和处理有很大影响。对噪声的来源及如何在控制系统中消除进行了分析,并引入扰动补偿后对控制系统进行仿真,结果表明:扰动补偿控制可以减弱噪声对跟踪系统引起的误差。

关键词：声学噪声扰动补偿跟踪误差

多度量线性系统中扰动补偿与不相关联调节的关系及应用

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经济经纬 1987年第3期 77-82+65页

作者：臧珍杨海龙

计算机用于工业生产主要是巡测和过程控制,而用于过程控制大多是代替原来的调节器(P、I、D),就是充分发挥计算机的功能。若能使计算机既完成P、I、D调节器的作用,又作为补偿装置,把扰动作用抵消,就会使调节质量更好。我们用实例说明这... 详细信息

计算机用于工业生产主要是巡测和过程控制,而用于过程控制大多是代替原来的调节器(P、I、D),就是充分发挥计算机的功能。若能使计算机既完成P、I、D调节器的作用,又作为补偿装置,把扰动作用抵消,就会使调节质量更好。我们用实例说明这种想法技术上是可行

关键词：多变量线性系统扰动补偿

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双超敏捷卫星载荷舱扰动补偿研究

空间电子技术 2019年第3期16卷 48-54页

作者：廖波梁健刘胜刘磊上海卫星工程研究所上海200240 西北工业大学航天学院陕西省空天飞行器设计重点实验室西安710072

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时,载荷舱指向精度下降的问题,依据双超敏捷卫星的特点,对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先,建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型,扰动包括反作用飞轮小幅... 详细信息

文章针对动静隔离式双超敏捷卫星载荷舱存在活动部件时,载荷舱指向精度下降的问题,依据双超敏捷卫星的特点,对双超敏捷卫星载荷舱进行了扰动补偿研究。首先,建立了载荷舱活动部件扰动模型以及双超敏捷卫星模型,扰动包括反作用飞轮小幅值高频随机扰动和摆镜扫描大幅值规律性扰动;然后,在采用飞轮扰动被动隔振和摆镜扫描主动补偿的基础上,利用双超敏捷卫星磁浮机构带宽高的特点进行二次主动隔振。仿真结果表明:在进行飞轮扰动被动隔振以及摆镜扫描扰动主动补偿后,载荷舱的指向精度提高到6×10^-3(deg);磁浮机构进行二次主动隔振后,载荷舱的指向精度提高到2×10^-4(deg)。该方法为双超敏捷卫星载荷舱受扰时指向精度下降问题提供解决思路。利用磁浮机构不仅可以隔离平台舱的扰动,而且可以提供高带宽主动控制力来抑制载荷舱的扰动。但在具体实施过程中还需考虑载荷舱与平台舱之间的碰撞问题。

关键词：高动态部件干扰双超敏捷卫星扰动补偿

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基于卡尔曼滤波器的扰动补偿控制研究

航空科学技术 2010年第3期21卷 39-41页

作者：孟凡军徐国柱北京航空精密机械研究所

为了减小干扰力矩对转台性能的影响,提出了基于卡尔曼滤波器扰动补偿控制来抑制干扰力矩的方法。首先分析了转台运动状态的卡尔曼估计算法,利用卡尔曼滤波得到的估计扰动对扰动进行补偿控制,并设计了带补偿器的控制系统。试验结果表明,... 详细信息

为了减小干扰力矩对转台性能的影响,提出了基于卡尔曼滤波器扰动补偿控制来抑制干扰力矩的方法。首先分析了转台运动状态的卡尔曼估计算法,利用卡尔曼滤波得到的估计扰动对扰动进行补偿控制,并设计了带补偿器的控制系统。试验结果表明,基于卡尔曼滤波器的扰动补偿可以对摩擦力矩和轴间耦合力矩等扰动力矩进行有效的抑制,显著的提高了转台的性能。

关键词：卡尔曼滤波器扰动补偿转台

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空间光通信粗瞄系统的扰动估计与补偿

国防科技大学学报 2017年第5期39卷 178-184页

作者：王岩崔宁于志亮哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

粗瞄系统以直流力矩电机驱动二维转台为执行机构,通过粗瞄控制器对其进行控制。对系统受到的扰动进行分析,应用了最速跟踪微分器提取速度信号;以二维转台的方位轴为控制对象,在其位置环、速度环采用级联线性自抗扰控制器,通过线性扩张... 详细信息

粗瞄系统以直流力矩电机驱动二维转台为执行机构,通过粗瞄控制器对其进行控制。对系统受到的扰动进行分析,应用了最速跟踪微分器提取速度信号;以二维转台的方位轴为控制对象,在其位置环、速度环采用级联线性自抗扰控制器,通过线性扩张状态观测器主动补偿扰动,达到内外环双重隔离扰动的目的,提高跟踪精度;之后进行了实验分析。分析结果表明:在加入同样的模拟扰动信号,输入2 Hz,5 Hz和8 Hz的正弦信号时,与比例、微分、积分控制器相比,跟踪误差的标准差约降低50%;验证了线性扩张状态观测器具有扰动补偿效果;在输入不同频率正弦信号时,自抗扰控制器对输入信号频率的变化不敏感,仍能保证较高的跟踪精度。

关键词：空间光通信粗瞄系统线性自抗扰扰动补偿